Технико-экономическое сравнение вариантов энергоснабжения аквапарка

Аквапарк — это сложное обособленное инженерное сооружение с высоким энергопотреблением.

Выберем на стадии проектных работ наиболее оптимальную схему энергоснабжения здания аквапарка на основе технических и экономических показателей.

Проектируемая установленная мощность электропотребителей составляет 1850 кВА. При коэффициенте одновременной работы оборудования к = 0,6 мощность потребителей составляет 1110 кВА. Минимальная нагрузка потребителей электрической энергии составляет 350 кВА. Максимальная часовая нагрузка потребителей тепловой энергии аквапарка составляет 4 Гкал/час, из них: 1,3 Гкал/час — на отопление; 0,9 Гкал/час — на горячее водоснабжение; 1,8 Гкал/час — на вентиляцию. Годовые потребности в энергоресурсах аквапарка составляют: электрическая энергия — 7238000 кВт•час, тепловая энергия — 12240 Гкал.

Сравним следующие варианты энергоснабжения аквапарка.

  1. Автономное энергоснабжение на базе мини ТЭЦ.
  2. Автономное энергоснабжение на базе мини ТЭЦ и газовой котельной.
  3. Автономное теплоснабжение на базе газовой котельной и централизованное электроснабжение.
  4. Централизованное энергоснабжение.

В первом варианте, в качестве источника электро- и теплоснабжения, предлагается использовать мини ТЭЦ на базе когенерационной газопоршневой установки (когенерация — совместная выработка электрической и тепловой энергии). На рис. 1 приведена схема энергоснабжения на базе мини ТЭЦ.

Разберем подробнее состав оборудования, предлагаемого к установке. Основу когенерационной газопоршневой мини ТЭЦ составляют два газогенераторных модуля марки JMS-616 фирмы Jenbacher (Австрия).

Электрическая мощность двух агрегатов составляет 3892 кВт, тепловая мощность — 3,75 Гкал/час.

 

Рис. 1 Схема энергоснабжения на базе газопоршневой мини ТЭЦ

 

Таким образом, общая тепловая и электрическая мощность двух установок составляет 8044 кВт. Общая потребная тепловая и электрическая мощность аквапарка составляет 5761 кВт, максимальная установленная мощность потребителей электрической и тепловой энергии составляет 6501 кВт. Коэффициент загрузки при номинальной нагрузке составляет 0,71, при максимальной загрузке — 0,81.

Газогенераторный модуль поставляется в следующей комплектации: газопоршневой двигатель с электрогенератором; катализатор; система утилизации тепла (70/90°С); насосное оборудование; система аварийного охлаждения, состоящая из пластинчатого теплообменника, "сухой" градирни и система управления. Для обеспечения требуемого давления газа модуль комплектуется газовым компрессором. Генератор вырабатывает электрическую энергию напряжением 6,3 кВ (10 кВ). Для снабжения потребителей электроэнергией напряжением 400 В необходима трансформаторная подстанция.

 

Рис. 2 Комбинированная схема энергоснабжения на базе газопоршневой мини ТЭЦ и газовой котельной

 

Из схемы теплоснабжения видно, что максимальная тепловая нагрузка потребителей тепла складывается из Q1тепл и Q3тепл. Это связано с тем, что в установках данного типа вырабатываемое количество тепла напрямую зависит от количества вырабатываемого электричества. Поскольку в данной статье рассматривается только вариант обеспечения собственных нужд аквапарка, для покрытия максимальной тепловой нагрузки необходимо часть произведенной электрической энергии преобразовать в тепловую энергию. Для этого в схеме энергоснабжения предусмотрена система электрических водонагревателей, например, гидродинамические генераторы.

В летний период, когда тепловая нагрузка минимальная (только на нужды горячего водоснабжения), избытки тепла Q2тепл отводятся в окружающую среду в "сухой" градирне.

Достоинства схемы энергоснабжения на базе мини ТЭЦ.

1. Обеспечивает полное автономное снабжение электрической и тепловой энергией комплекс аквапарка.

Недостатки схемы энергоснабжения на базе мини ТЭЦ.

  1. Невысокий КПД установки.
  2. Большая потребность в тепловой энергии требует установки агрегатов с большой электрической мощностью.
  3. Для обеспечения потребности в тепловой энергии требуется установка электрических водонагревателей для преобразования части произведенной электрической энергии в тепловую, что приводит к удорожанию комплекса и снижению КПД.
  4. Требуется трансформаторная подстанция большой мощности.
  5. Комплекс имеет сложное инженерное оборудование и, как следствие, требует большого количества высококвалифицированного персонала.
  6. В летний период КПД установки уменьшается из-за сброса части тепловой энергии в окружающую среду.
  7. Шум при работе установки.

Во втором варианте, в качестве источника электро- и теплоснабжения, предлагается использовать мини ТЭЦ на базе когенерационной газопоршневой установки совместно с газовой котельной. Принципиальное отличие от первого варианта заключается в том, что мини ТЭЦ предназначена для покрытия потребности комплекса аквапарка, в первую очередь, в электрической энергии, а газовая котельная обеспечивает потребность комплекса в тепловой энергии. На рис. 2 приведена комбинированная схема энергоснабжения аквапарка на базе мини ТЭЦ совместно с газовой котельной.

 

Рис. 3 Схема энергоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения

 

Основу когенерационной газопоршневой мини ТЭЦ составляет два газогенераторных модуля марки JMS-320 фирмы Jenbacher (Австрия).

Электрическая мощность двух агрегатов составляет 1946 кВт, тепловая мощность — 2,26 Гкал/час. Для обеспечения потребности в тепловой энергии комплекса аквапарка предусматривается сооружение газовой котельной мощностью 2,58 Гкал/час. Базовая комплектация мини ТЭЦ аналогична комплектации, рассмотренной в первом варианте. "Сухая" градирня в этом варианте сохраняется как система аварийного охлаждения.

В газовой котельной предполагается установка двух жаротрубных водогрейных котлов фирмы Vissmann (Германия) марки Vitoplex 100 c системой управления Vitotronic 333 мощностью 1750 кВт каждый. Кроме того, в состав газовой котельной входит: насосное оборудование фирмы Grundfos (Германия); запорно-регулирующая арматура; система управления и автоматика безопасности. КПД котельной составляет 92%.

 

Рис. 4 Схема централизованного энергоснабжения

 

Потребность в тепловой энергии комплекса аквапарка обеспечивается теплом вырабатываемым мини ТЭЦ (Q1тепл) и теплом, вырабатываемым газовой котельной (Q4тепл).

Достоинства комбинированной схемы энергоснабжения на базе мини ТЭЦ и газовой котельной.

  1. Обеспечивает полное автономное снабжение электрической и тепловой энергией комплекс аквапарка.
  2. Комбинированная схема сбалансирована, то есть количество выработанной тепловой энергии не зависит от количества выработанной электрической энергии.

Недостатки комбинированной схемы энергоснабжения на базе мини ТЭЦ и газовой котельной.

  1. Газовая котельная эксплуатируется только в отопительном сезоне.
  2. В летний период КПД установки уменьшается из-за сброса части тепловой энергии в окружающую среду.
  3. Комплекс имеет сложное инженерное оборудование и, как следствие, требует большого количества высококвалифицированного персонала.
  4. Шум при работе установки.

В третьем варианте, в качестве источника тепловой энергии, предлагается использовать газовую котельную. Принципиальное отличие от первого и второго вариантов заключается в том, что потребность комплекса в электрической энергии обеспечивается электрическими сетями Мосэнерго, а потребность в тепловой энергии обеспечивается газовой котельной. На рис. 3 приведена схема энергоснабжения аквапарка от электросетей Мосэнерго и газовой котельной.

В газовой котельной предполагается установка двух жаротрубных водогрейных котлов фирмы Viessmann (Германия) марки Vitomax 300 c системой управления Vitotronic 333 мощностью 2900 кВт каждый. Состав вспомогательного оборудования котельной аналогичен оборудованию, рассмотренном во втором варианте. Потребность в тепловой энергии комплекса аквапарка обеспечивается теплом, вырабатываемым газовой котельной (Q1тепл).

Достоинства схемы энергоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения.

  1. Обеспечивает автономное снабжение тепловой энергией комплекс аквапарка.
  2. Круглогодичное обеспечение тепловой энергией потребителей.
  3. Отсутствует шум при работе установки.
  4. По сравнению с мини ТЭЦ, требует меньшего количества обслуживающего персонала.

Недостатки схемы энергоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения.

1. Зависимость от электросетей Мосэнерго.

В четвертом варианте предлагается использовать полное энергоснабжение от сетей Мосэнерго. На рис. 4 приведена схема энергоснабжения аквапарка от электросетей Мосэнерго и газовой котельной.

Для обеспечения трансформации и распределения энергии в данном варианте предусматривается сооружение трансформаторной подстанции и индивидуального теплового пункта (ИТП). Оборудование ИТП включает в себя узел учета тепловой энергии, пластинчатые теплообменники, насосное оборудование, систему управления и автоматики. Для обеспечения комплекса аквапарка на период профилактических работ на тепловых сетях предусматривается устройство электрического водяного нагревателя.

Достоинства схемы энергоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения.

  1. Наиболее простая схема энергоснабжения.
  2. Требует минимального штата для обслуживания, по сравнению с предыдущими рассмотренными схемами.

Недостатки схемы энергоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения.

1. Зависимость от сетей Мосэнерго.

Для рассмотренных четырех вариантов энергоснабжения аквапарка проведем сравнительный экономический анализ.

Экономический анализ будет выполнен без учета капитальных вложений в наружные коммуникации и, соответственно, без учета расходов на их эксплуатацию. Для расчета стоимости энергоресурсов использовались данные Мосэнерго по состоянию на 1 августа 2002 года (табл. 1).

 

Наименование Обоз-е Ед. изм. Значение
Тариф на заявленную мощность (для промышленных предприятий с мощностью от 750 кВА) Цзм руб/кВт*мес 68
Тариф на потребляемую электрическую энергию Цзм руб/кВт*ч 0,59
Тариф на тепловую энергию Цзм руб/Гкал 377
Стоимость газа Цг руб/(1000 нм3/ч) 780

Таблица 1. Стоимость энергоресурсов

 

Наименование Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4
Затраты на закупку электроэнергии, у.е. 0 0 161 500 161 500
Затраты на закупку тепловой энергии, у.е. 0 0 0 146 500
Затраты на газ, у.е. 102 300 102 300 49 500 0
Первичные капиталовложения, у.е. 3 500 000 2 400 000 480 000 250 000
Затраты на техническое обслуживание. у.е. 132 000 108 000 36 000 18 000
Годовые аммортизационные отчисления, у.е. 350 000 240 000 48 000 25 000
Суммарные годовые затраты на выработку электрической и тепловой энергии, у.е. 584 300 450 300 295 000 351 000

Таблица 2. Экономические показатели вариантов энергоснабжения

 

Из анализа экономических показателей (табл. 2) видно, что наименьшие затраты на энергоснабжение комплекса аквапарка обеспечивает третий вариант автономного теплоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения.

Стефанчук В.И., к.т.н., Колыхалов В.В., группа компаний "Термоинжениринг"



наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест